DE19535846A1 - Mass flow of flowing media measuring method by acoustic impedance - Google Patents

Mass flow of flowing media measuring method by acoustic impedance

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Abstract

The method uses sonic signals for measuring the impedance, which respectively are reflected at boundary layer between a first supply stretch (2) and a liquid medium, and a boundary layer between a second supply stretch (3) and a reference medium with known acoustic characteristics. The differently reflected sonic signals are received by one of the sonic transducers as a measuring signal and a reference signal. The reference medium is so selected for the increase in accuracy, that in its acoustic characteristics it matches those of the liquid medium. The sound transit times are simultaneously carried out in and against the flow direction.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vor­ richtung zur Messung des Massenflusses von strömenden flüssigen Medien nach dem Oberbegriff des Hauptan­ spruchs und des nebengeordneten Anspruchs.The invention relates to a method and a Direction for measuring the mass flow of flowing liquid media according to the generic term of the main saying and the secondary claim.

Das Prinzip der Massenflußmessung mit Ultraschall ist bereits seit längerem bekannt, konnte aber bisher nicht zuverlässig umgesetzt werden. Dieses Prinzip basiert darauf, daß aus der Schallgeschwindigkeit und der akustischen Impedanz des Mediums dessen Dichte bestimmt wird. Simultan dazu wird die Strömungsge­ schwindigkeit gemessen. Aus Dichte und Strömungsge­ schwindigkeit läßt sich dann bei bekanntem Rohrquer­ schnitt der Massenfluß direkt berechnen. Es sind eine Mehrzahl von Anordnungen und Verfahren hierzu be­ kannt. The principle of mass flow measurement with ultrasound is has been known for a long time, but has so far been able to cannot be implemented reliably. This principle is based on the fact that the speed of sound and the acoustic impedance of the medium and its density is determined. Simultaneously, the flow ge speed measured. From density and flow ge Speed can then be with a known pipe cross cut calculate the mass flow directly. They are one A plurality of arrangements and procedures for this be knows.  

Ein in der DE 42 37 907 beschriebener Massendurch­ flußmesser besteht aus einer Einrichtung zur Erfas­ sung der Strömungsgeschwindigkeit und thermischen Sensoren. Die thermischen Sensoren dienen zur Bestim­ mung der Mediendichte. Nachteilig ist bei dieser An­ ordnung, daß die Zuverlässigkeit der Temperatur-Dich­ te-Bestimmung wesentlich von den stofflichen Eigen­ schaften des Fluids beeinflußt werden. Diese müssen hierzu bekannt sein und konstant bleiben. Während diese Annahme für ausgewählte Applikationen in gas­ förmigen Medien durchaus anwendbar wäre, zum Beispiel für die Überwachung des Heizgasverbrauchs, ist diese für einen prozeßtechnischen Einsatz zur Erfassung des Massenstroms für Flüssigkeiten nicht einsetzbar.A mass diameter described in DE 42 37 907 flow meter consists of a device for detecting solution of flow velocity and thermal Sensors. The thermal sensors are used for determination media density. The disadvantage of this is order that the reliability of the temperature you te determination essentially from the material properties be influenced by the fluid. These must be known and remain constant. While this assumption for selected applications in gas shaped media would be applicable, for example for monitoring the heating gas consumption, this is for a process-technical use to record the Mass flow cannot be used for liquids.

Aus der US 3 020 759 ist ein Ultraschall-Durchfluß­ messer bekannt, bei dem zusätzlich zur Strömungsge­ schwindigkeit das elektrische Verhalten des Sende­ wandlers ausgewertet wird. Dazu wird ein Generatorsi­ gnal konstanter Amplitude dem Schallwandler zuge­ führt. Bezugnehmend auf das vereinfachte Ersatz­ schaltbild (Mason-ESB) wird der dominierende Einfluß der Parallelkapazität mit Hilfe einer abgleichbaren Serieninduktivität kompensiert. Die Änderung des Strahlungswiderstandes, welche durch die Medieneigen­ schaften bzw. deren Änderung verursacht wird, nutzt man als Maß für die Dichte des strömenden Mediums. Nachteilig ist hierbei, daß aufgrund unterschiedlich­ ster Fehlereinflüsse (Konstanz des Sendesignals, Ab­ stimmung auf Resonanzfrequenz bzw. deren Nachführung, Konstanz und Feinabgleich der Serieninduktivität, Änderung der Anschlußbedingungen, Temperatureinfluß usw.) die Genauigkeit der Messung unzureichend ist. Für den zuverlässigen, wartungsarmen Einsatz unter industriemäßigen Bedingungen ist diese Anordnung nicht einsetzbar.An ultrasonic flow is known from US Pat. No. 3,020,759 Knife known, in addition to the flow speed the electrical behavior of the transmitter converter is evaluated. For this, a generatorsi gnal constant amplitude to the transducer leads. Referring to the simplified replacement wiring diagram (Mason-ESB) becomes the dominant influence the parallel capacity with the help of an adjustable Series inductance compensated. The change of Radiation resistance caused by the media or whose change is caused one as a measure of the density of the flowing medium. The disadvantage here is that due to different most error influences (constancy of the transmission signal, Ab tuning to resonance frequency or its tracking, Constancy and fine adjustment of the series inductance, Change in connection conditions, temperature influence etc.) the accuracy of the measurement is insufficient. For reliable, low-maintenance use under  This arrangement is industrial conditions Not insertable.

Die US 5 214 966 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung des Massenflusses, die zur simultanen Erfassung von Strömungsgeschwindigkeit, Schallgeschwindigkeit und der akustischen Impedanz des Mediums dient, um daraus den Massenfluß des Medi­ ums zu berechnen. Die Zuverlässigkeit der Dichtebe­ stimmung ist durch die begrenzte erreichbare Genau­ igkeit der akustischen Impedanzmessung eingeschränkt. Hierzu wird ein mehrschichtiger Wandleraufbau be­ schrieben, wobei die an den Phasengrenzen reflektier­ ten Schallsignale ausgewertet werden. Nachteilig ist bei dieser Anordnung, daß das an der Phasengrenze zur Flüssigkeit reflektierte Signal mehrmals die Phasen­ grenze innerhalb der Vorlaufstrecke passieren muß. Dieses führt einerseits zur erheblichen Minderung der auszuwertenden Signalamplituden und setzt voraus, daß das akustische Verhalten der Materialien sowie die Eigenschaften des Phasenüberganges innerhalb der Vor­ laufstrecke sehr genau bekannt und vor allem konstant ist. Diese Forderung ist hinsichtlich der Temperatur­ einflüsse beim praktischen Einsatz der Anordnung nur unzureichend gegeben. Unvermeidbare Reflexionen der sich in der Vorlaufstrecke ausbreitenden Beugungswel­ len verschlechtern dabei das Signal-Rausch-Verhältnis erheblich.US 5,214,966 describes one method and one Mass flow measuring device used for simultaneous detection of flow velocity, Speed of sound and acoustic impedance of the medium serves to transform the mass flow of the medium to calculate. The reliability of the sealing bees mood is achievable due to the limited accuracy limited the acoustic impedance measurement. For this purpose, a multi-layer converter structure is used wrote, which reflect on the phase boundaries th sound signals can be evaluated. The disadvantage is with this arrangement that at the phase boundary Liquid reflected signal several times the phases limit must pass within the lead section. On the one hand, this leads to a considerable reduction in signal amplitudes to be evaluated and presupposes that the acoustic behavior of the materials as well as the Properties of the phase transition within the pre Running route known very well and above all constant is. This requirement is in terms of temperature influences in practical use of the arrangement only insufficiently given. Inevitable reflections of the diffraction world spreading in the lead section len deteriorate the signal-to-noise ratio considerably.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung des Mas­ senflusses von strömenden flüssigen Medien zu schaf­ fen, die eine genaue Messung ermöglichen. The invention is therefore based on the object Method and device for measuring the mas flow of flowing liquid media fen, which enable an accurate measurement.  

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kenn­ zeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs und des ne­ bengeordneten Anspruchs gelöst.This object is achieved by the kenn features of the main claim and the ne subordinate claim solved.

Dadurch, daß die akustische Impedanz mit geringer Meßunsicherheit gemessen wird, kann insgesamt die Messung des Massendurchflusses verbessert werden. Bei der Messung der akustischen Impedanz werden von einem der verwendeten Schallwandler vorzugsweise identische Schallsignale in zwei beidseitig des Schallwandlers vorgesehene Vorlaufstrecken eingestrahlt, die an das flüssige Medium und an ein Referenzmedium anstoßen. Die an den Grenzflächen zur Flüssigkeit bzw. zum Re­ ferenzmedium reflektierten Signale werden unmittelbar und direkt ausgewertet. Mehrfachreflexionen innerhalb der Vorlaufstrecken werden vermieden. Bis zur Erfas­ sung der für die Messung relevanten Signalparameter können sich in der Vorlaufstrecke keine störenden Beugungswellen mit dem Meßsignal überlagern.Because the acoustic impedance is low Measurement uncertainty is measured, the total Mass flow measurement can be improved. At The measurement of acoustic impedance is carried out by a the sound transducer used is preferably identical Sound signals in two on both sides of the sound transducer radiated intended lead routes that to the liquid medium and touch a reference medium. The at the interfaces to the liquid or to the Re Signals reflected by the reference medium become immediate and evaluated directly. Multiple reflections within of the lead routes are avoided. Until the capture solution of the signal parameters relevant for the measurement can not be annoying in the lead Superimpose diffraction waves with the measurement signal.

Durch die in den Unteransprüchen angegebenen Maßnah­ men sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesse­ rungen möglich.By the measure specified in the subclaims Men are advantageous further training and improvements possible.

Zur Erhöhung der Genauigkeit der akustischen Impe­ danzmessung bei ausgewählten Anwendungen (Treib- und Schmierstoffe, Lebensmittel und andere) kann das Re­ ferenzmedium auf die Medieneigenschaften der zu er­ fassenden Stoffströmung angepaßt werden. Durch die zusätzliche Auswertung des Absorptionsverhaltens der Flüssigkeit ist es darüber hinaus möglich, den Ein­ fluß geringer Gaskonzentrationen auf das Meßergebnis zu korrigieren oder bei Überschreitung einer zulässi­ gen Gaskonzentration, diesen "Ausfall" zu erkennen und signalisieren.To increase the accuracy of the acoustic imp distance measurement in selected applications (driving and Lubricants, food and others) the Re reference medium to the media properties of the he material flow can be adjusted. Through the additional evaluation of the absorption behavior of the Liquid is also possible to enter flow of low gas concentrations on the measurement result to correct or exceed a permissible gas concentration to recognize this "failure" and signal.

Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläu­ tert. Es zeigen:The invention is shown in the drawing and is explained in more detail in the following description tert. Show it:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ver­ wendeten Vorrichtung zur Messung der akustischen Impedanz, und Fig. 1 is a schematic representation of the ver used in the device according to the invention for measuring the acoustic impedance, and

Fig. 2 eine schematische Darstellung der er­ findungsgemäßen Vorrichtung zur Mes­ sung des Massendurchflusses. Fig. 2 is a schematic representation of the inventive device for measuring the mass flow.

Die in Fig. 1 dargestellte Anordnung bildet einen wesentlichen Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung und weist einen Schallwandler 1 auf, der vorzugsweise als Piezokeramik ausgebildet ist. Beidseitig des Schallwandlers 1 schließen sich über die jeweilige gesamte Abstrahlfläche des Schallwandlers 1 eine er­ ste Vorlaufstrecke 2 und eine zweite Vorlaufstrecke 3 an. Die Vorlaufstrecken 2, 3 bestehen jeweils aus einem Material mit bekannter Impedanz, vorzugsweise aus demselben Material, das beispielsweise Kunststoff oder Stahl sein kann. Die zu messende Flüssigkeit 4 schließt sich an die erste Vorlaufstrecke 2 an und bildet eine erste Grenzfläche 7. An die zweite Vor­ laufstrecke 3 schließt sich ein Referenzmedium 5 mit bekannten akustischen Eigenschaften, zum Beispiel ein Gas, an und es wird eine zweite Grenzfläche 8 zwi­ schen zweiter Vorlaufstrecke 2 und Referenzmedium 5 gebildet, deren Reflexionsfaktor bekannt ist. Um den Meßbereich empfindlicher zu machen, wird das Refe­ renzmedium 5 hinsichtlich seiner akustischen Eigen­ schaften so ausgewählt, daß sie im wesentlichen den akustischen Eigenschaften der zu messenden Flüssig­ keit 4 entsprechen.The arrangement shown in Fig. 1 forms an essential part of the device according to the invention and has a sound transducer 1 , which is preferably designed as a piezoceramic. On both sides of the sound transducer 1 join a ste he delay line 2 and a second flow path 3 via the respective entire radiating surface of the transducer. 1 The lead sections 2 , 3 each consist of a material with a known impedance, preferably of the same material, which can be plastic or steel, for example. The liquid 4 to be measured adjoins the first lead section 2 and forms a first interface 7 . Running track to the second pre 3, a reference medium 5 includes with known acoustic properties, for example a gas, and there is a second interface 8 Zvi rule second delay line 2 and reference medium 5 is formed, the reflection factor is known. In order to make the measuring range more sensitive, the reference medium 5 is selected with regard to its acoustic properties so that they essentially correspond to the acoustic properties of the liquid 4 to be measured.

Der Schallwandler 1 ist an eine nicht dargestellte Steuer- und Auswerteeinrichtung angeschlossen, die einerseits die Ansteuerung des Schallwandlers zum Aussenden eines Schallimpulses vornimmt und anderer­ seits die von dem Schallwandler 1 aufgrund der re­ flektierten Schallwellen empfangenen elektrischen Signale auswertet und die akustische Impedanz be­ stimmt. Die zweite Vorlaufstrecke 3 ist etwas länger als die erste Vorlaufstrecke 2, wodurch sich bei Re­ flexion der Schallsignale an den jeweiligen Grenzflä­ chen aufeinanderfolgende Empfangssignale ergeben, die einfacher ausgewertet werden können. Vorzugsweise werden die Signale von dem Schallwandler 1 in einem vorgegebenen Zeitfenster erfaßt.The sound transducer 1 is connected to a control and evaluation device, not shown, which on the one hand controls the sound transducer to emit a sound pulse and on the other hand evaluates the electrical signals received by the sound transducer 1 due to the re-reflected sound waves and determines the acoustic impedance. The second lead 3 is somewhat longer than the first lead 2 , which results in successive received signals at Re flexion of the sound signals at the respective Grenzflä surfaces, which can be evaluated more easily. The signals are preferably detected by the sound transducer 1 in a predetermined time window.

Die Funktionsweise der in Fig. 1 dargestellten Vor­ richtung ist wie folgt. Von dem Schallwandler 1 wird an die erste und zweite Vorlaufstrecke 2, 3 ein Schallimpuls abgegeben, der sich in dem Koppelmedium der Vorlaufstrecken fortsetzt und jeweils an den Grenzflächen 7 und 8 reflektiert wird. In zeitlicher Trennung wird entsprechend den Laufzeiten in den Vor­ laufstrecken 2, 3 das von der Grenzfläche 7 reflek­ tierte Schallsignal und anschließend das von der Grenzfläche 8 reflektierte Schallsignal empfangen. Da der Reflexionsfaktor an der zweiten Grenzfläche 8, das heißt die akustischen Impedanzen der Vorlauf­ strecke 3 und des Referenzmediums 5 bekannt ist, ist die abgestrahlte Amplitude des Schallimpulses propor­ tional zu dem Produkt aus Reflexionsfaktor an der Grenzfläche 8 und der Amplitude des durch Reflexion an der Grenzfläche 8 hervorgerufenen Referenzsignals, das an die Auswerteeinrichtung von dem Schallwandler 1 weitergegeben wird. Der Reflexionsfaktor an der Grenzfläche 7, der durch die akustischen Impedanzen der Vorlaufstrecke 2 und des flüssigen Mediums 4 vor­ gegeben ist, ist proportional zu der Amplitude des durch die Reflexion des Schallimpulses an der ersten Grenzfläche 7 hervorgerufenen Meßsignals zu der Am­ plitude des abgestrahlten Signals. Somit kann aus dem Sendesignal, dem Referenzsignal und dem Meßsignal in der Auswerteeinrichtung die Impedanz des flüssigen Mediums 4 bestimmt werden. Bei gleichen Materialien der Vorlaufstrecken 2, 3 wird durch die beidseitig gleichartige Kopplung der Piezokeramik an die Vor­ laufstrecken 2, 3 eine identische akustische Signal­ einkopplung zu beiden Seiten gewährleistet, so daß die direkte Verhältnisbildung der an den Grenzschich­ ten 7, 8 reflektierten Signale erfolgen kann. Dieses Signalverhältnis ist idealerweise unabhängig von der Sendesignalamplitude.The operation of the device shown in Fig. 1 is as follows. A sound pulse is emitted from the sound transducer 1 to the first and second lead sections 2 , 3, which pulse continues in the coupling medium of the lead sections and is reflected at the interfaces 7 and 8 , respectively. In temporal separation, the sound signal reflected by the interface 7 and then the sound signal reflected by the interface 8 are received in accordance with the transit times in the pre-run routes 2 , 3 . Since the reflection factor at the second interface 8 , that is, the acoustic impedances of the lead 3 and the reference medium 5 is known, the emitted amplitude of the sound pulse is proportional to the product of the reflection factor at the interface 8 and the amplitude of the reflection by the Interface 8 produced reference signal, which is passed on to the evaluation device by the sound transducer 1 . The reflection factor at the interface 7 , which is given by the acoustic impedances of the lead section 2 and the liquid medium 4 , is proportional to the amplitude of the measurement signal caused by the reflection of the sound pulse at the first interface 7 to the amplitude of the emitted signal. The impedance of the liquid medium 4 can thus be determined from the transmission signal, the reference signal and the measurement signal in the evaluation device. With the same materials of the flow paths 2, 3 of the piezoelectric ceramic to the front of running tracks 2, 3 an identical acoustic signal coupling is ensured on both sides by the same on both sides type coupling so that the direct ratioing may th to the Grenzschich 7, carried 8 reflected signals of the . This signal ratio is ideally independent of the transmit signal amplitude.

In Fig. 1 schließt sich an die Strecke des flüssigen Mediums 4 ein zweiter einfach oder mehrschichtig auf­ gebauter Schallwandler 6 an, mit dem die nach Passie­ ren der Vorlaufstrecke 2 an der ersten Grenzfläche 7 nicht reflektierten Schallsignale empfangen werden. Bei Kenntnis der Längenverhältnisse des Schallweges sowie der Schallaufzeit unter Einbeziehung der be­ stimmten akustischen Impedanz der Flüssigkeit 4 kann die Dichte der Flüssigkeit 4 in der mit dem zweiten Schallwandler 6 verbundenen Auswerteeinrichtung be­ rechnet werden. Auch kann die akustische Absorption der untersuchenden Flüssigkeit 4 aus der Amplituden­ information der zu untersuchenden Flüssigkeit be­ stimmt. In Fig. 1 follows the route of the liquid medium 4, a second single or multi-layer on built sound transducer 6 , with which the sound signals not received after passing the lead section 2 at the first interface 7 are received. Knowing the length ratios of the sound path and the sound propagation time, including the acoustic impedance of the liquid 4 , the density of the liquid 4 in the evaluation device connected to the second sound transducer 6 can be calculated. The acoustic absorption of the liquid under investigation 4 can also be determined from the amplitude information of the liquid to be examined.

In Fig. 2 ist eine Vorrichtung zur Messung des Mas­ sendurchflusses vorgesehen, bei der eine Anordnung nach Fig. 1 als Schallsender und -empfänger verwendet wird. In Fig. 2 ist mit 10 ein Strömungskanal darge­ stellt, für den der Massendurchfluß bestimmt werden soll, wobei die akustische Impedanz der strömenden Flüssigkeit nicht bekannt ist. Parallel zur Strö­ mungsrichtung der Flüssigkeit ist an dem einen Ende des Strömungskanals 10 eine Sensoranordnung 11 gemäß Fig. 1 angeordnet und an dem anderen Ende des Strö­ mungskanals 10, der Sensoranordnung 11 gegenüberlie­ gend, ist anstelle des Schallwandlers 6 aus Fig. 1 ein Schallwandler 12 vorgesehen, der einen einfachen oder mehrschichtigen Aufbau aufweisen kann. Weiterhin ist eine Auswerteeinrichtung 13 vorgesehen, die die Signale von der Sensoranordnung 11 und dem Schall­ wandler 12 empfängt. Der Strömungsquerschnitt sowie die Länge des Strömungskanals 10 zwischen den zwei Sensoren 11, 12 ist bekannt.In Fig. 2, a device for measuring the mass flow is provided, in which an arrangement according to Fig. 1 is used as a sound transmitter and receiver. In Fig. 2, 10 is a flow channel Darge, for which the mass flow rate is to be determined, the acoustic impedance of the flowing liquid is not known. Parallel to Strö the direction of flow of the liquid is at the 10 a sensor array disposed at one end of the flow channel 11 of FIG. 1 and at the other end of the Strö mung channel 10, the sensor assembly 11 gegenüberlie is quietly instead of the acoustic transducer 6 of FIG. 1, a transducer 12 provided that can have a simple or multilayer structure. Furthermore, an evaluation device 13 is provided, which receives the signals from the sensor arrangement 11 and the sound converter 12 . The flow cross section and the length of the flow channel 10 between the two sensors 11 , 12 are known.

Wie oben beschrieben, kann mittels der Sensoranord­ nung 11 und der Auswerteschaltung 13 die akustische Impedanz der in dem Strömungskanal 10 strömenden Flüssigkeit bestimmt werden. Die Impedanz der Flüs­ sigkeit ist gleich ihrer Dichte mal der Schallge­ schwindigkeit. Das von der Sensoranordnung 11 ausge­ strahlte Schallsignal wird von dem Schallwandler 12 empfangen und es kann die Laufzeit des Schallimpulses über die Länge des Strömungskanals festgestellt wer­ den, die proportional zu der Schallgeschwindigkeit in der Flüssigkeit plus der Strömungsgeschwindigkeit beispielsweise in Strömungsrichtung ist. In entspre­ chender Weise wird vom Schallwandler 12 ein Signal abgestrahlt, das von der Sensoranordnung 11 empfangen wird, und es wird eine zweite Laufzeit bestimmt, die proportional zu der Schallgeschwindigkeit in der Flüssigkeit und der Strömungsgeschwindigkeit gegen die Strömungsrichtung der Flüssigkeit ist. Aus den Laufzeiten kann einerseits die Schallgeschwindigkeit in der Flüssigkeit bestimmt werden, so daß die Dichte berechnet werden kann, und andererseits kann die Strömungsgeschwindigkeit aus der Differenz der Lauf­ zeiten berechnet werden, wodurch unter Berücksichti­ gung der Querschnittsabmessungen der Volumenstrom bestimmt werden kann. Der Massenstrom ist das Produkt aus Volumenstrom und der vorherbestimmten Dichte und in der vorgegebenen Weise wird somit der Massendurch­ fluß errechnet.As described above, the acoustic impedance of the liquid flowing in the flow channel 10 can be determined by means of the sensor arrangement 11 and the evaluation circuit 13 . The impedance of the liquid is equal to its density times the speed of sound. The sound signal emitted by the sensor arrangement 11 is received by the sound transducer 12 and the transit time of the sound pulse can be determined over the length of the flow channel, which is proportional to the speed of sound in the liquid plus the flow speed, for example in the direction of flow. In a corresponding manner, a signal is emitted by the sound converter 12 , which is received by the sensor arrangement 11 , and a second transit time is determined, which is proportional to the speed of sound in the liquid and the flow speed against the direction of flow of the liquid. From the transit times, the speed of sound in the liquid can be determined on the one hand so that the density can be calculated, and on the other hand the flow rate can be calculated from the difference in the transit times, whereby the volume flow can be determined taking into account the cross-sectional dimensions. The mass flow is the product of the volume flow and the predetermined density and the mass flow is thus calculated in the specified manner.

Selbstverständlich kann eine andere Anordnung der Schallwandler 11, 12 zu dem Strömungskanal 10 bei­ spielsweise schräg zur Strömungsrichtung der Flüssig­ keit vorgesehen werden.Of course, another arrangement of the transducers 11 , 12 to the flow channel 10 can be provided at an angle to the flow direction of the liquid speed.

Aus den Amplituden der Sensoranordnung 11 bzw. des Schallwandlers 12 kann, wie oben beschrieben, die Absorption der Flüssigkeit oder deren Änderung fest­ gestellt werden. Ein Problem bei Massenstrom-Meßgerä­ ten liegt darin, daß nicht genau gemessen werden kann, wenn beispielsweise durch zu schnelle Strö­ mungsgeschwindigkeit der Gasanteil in der Flüssigkeit zu hoch wird. Die Auswerteeinrichtung kann daher aus dem Absorptionsgrad den Gasanteil feststellen und gegebenenfalls eine Korrektur bei der Messung des Massendurchflusses anbringen oder ein Warnsignal ab­ geben, wenn eine vorgegebene Meßgenauigkeit durch einen zu hohen Gasanteil überschritten wird.As described above, the absorption of the liquid or its change can be determined from the amplitudes of the sensor arrangement 11 or the sound transducer 12 . A problem with mass flow measuring devices is that measurements cannot be carried out precisely if, for example, the gas fraction in the liquid becomes too high due to the flow rate being too fast. The evaluation device can therefore determine the gas fraction from the degree of absorption and, if necessary, apply a correction to the measurement of the mass flow or give a warning signal if a predetermined measurement accuracy is exceeded due to an excessively high gas fraction.

Claims (8)

1. Verfahren zur Messung des Massenflusses von strömenden flüssigen Medien, bei dem Schallsi­ gnale an mindestens zwei vorgegebenen Stellen schräg oder parallel zur Strömungsrichtung des Mediums von jeweils einem Schallwandler einge­ strahlt und von dem jeweils anderen empfangen und die Laufzeiten in und gegen die Strömungs­ richtung gemessen werden, wodurch Schallge­ schwindigkeit und Strömungsgeschwindigkeit des strömenden Mediums bestimmt werden, und bei dem die akustische Impedanz des flüssigem Mediums gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, daß für die Messung der Impedanz von einem der Schallwandler Schallsignale in eine erste und eine zweite akustische Vorlaufstrecke mit be­ kannter Impedanz eingestrahlt werden, die je­ weils an der Grenzschicht zwischen der ersten Vorlaufstrecke und dem flüssigen Medium und ei­ ner Grenzschicht zwischen der zweiten Vorlaufs­ trecke und einem Referenzmedium mit bekannten akustischen Eigenschaften reflektiert und die jeweils reflektierten Signale von dem einen Schallwandler als Meßsignal und Referenzsignal aufgenommen werden.1. A method for measuring the mass flow of flowing liquid media, in the sound signals at at least two predetermined locations at an angle or parallel to the direction of flow of the medium is radiated by a transducer and received by the other and the transit times measured in and against the flow direction are, whereby speed and flow velocity of the flowing medium are determined, and in which the acoustic impedance of the liquid medium is measured, characterized in that for the measurement of the impedance of one of the sound transducers sound signals in a first and a second acoustic lead section with be known Impedance are irradiated, each reflecting on the boundary layer between the first flow path and the liquid medium and egg boundary layer between the second flow path and a reference medium with known acoustic properties and the respective reflected signals le by a sound transducer as a measurement signal and reference signal. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß zur Erhöhung der Genauigkeit das Refe­ renzmedium so gewählt wird, daß es in seinen akustischen Eigenschaften denen des flüssigen Mediums angepaßt ist. 2. The method according to claim 1, characterized in net that the Refe renzmedium is chosen so that it in its acoustic properties to those of the liquid Medium is adjusted.   3. Verfahren nach der Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Messungen der Schallaufzeiten in und gegen Strömungsrichtung gleichzeitig durchgeführt werden.3. The method according to claim 1 or 2, characterized characterized that the measurements of sound propagation times in and against flow direction be carried out simultaneously. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß zusätzlich die Absorp­ tion des strömenden Mediums oder deren Änderung aus den Amplituden der Empfangssignale der Schallwandler bestimmt wird, die bei Auftreten von Gasanteilen in geringen Konzentrationen zur Korrektur des Massenstroms oder zur Warnung bei zu hohem Gasanteil verwendet wird.4. The method according to any one of claims 1 to 3, because characterized in that in addition the Absorp tion of the flowing medium or its change from the amplitudes of the received signals of the Sound transducer is determined when it occurs of gas fractions in low concentrations Correction of the mass flow or as a warning excessive gas content is used. 5. Vorrichtung zur Messung des Massenflusses von in einen Strömungskanal strömenden flüssigen Medien mit mindestens einem ersten und einem zweiten Schallwandler, die schräg oder parallel zur Strömungsrichtung des flüssigen Mediums mit Ab­ stand zueinander angeordnet sind und jeweils Schallsignale aussenden und empfangen, und mit einer Auswerteschaltung, die abhängig von den ausgesandten und empfangenen Schallsignalen die Laufzeiten in und gegen Strömungsrichtung be­ stimmt, und mit einer Vorrichtung zur Feststel­ lung der akustischen Impedanz des strömenden Mediums, wobei die Auswerteschaltung aus der mittels der Laufzeiten bestimmten Strömungsge­ schwindigkeit und der Schallgeschwindigkeit des strömenden Mediums sowie aus bekanntem Strö­ mungsquerschnitt und der akustischen Impedanz den Massenfluß bestimmt, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zum Feststellen der akusti­ schen Impedanz einen der Schallwandler umfaßt, an den sich eine erste, mit dem flüssigen Medium in Verbindung stehende Vorlaufstrecke (2) und eine zweite, mit einem Referenzmedium (5) be­ kannter akustischer Eigenschaften in Verbindung stehende Vorlaufstrecke (3) zu je einer Seite anschließen, wobei ein Schallsignal in beide Vorlaufstrecken (2, 3) eingestrahlt wird, und daß an der Grenzfläche zwischen erster Vorlaufs­ trecke (2) und flüssigem Medium sowie an der Grenzfläche zwischen zweiter Vorlaufstrecke (3) und Referenzmedium (5) reflektierte Schallsigna­ le vom Schallwandler (1) als Meßsignal und Refe­ renzsignal empfangen werden und zur Ermittlung der akustischen Impedanz verwendet werden.5.Device for measuring the mass flow of liquid media flowing into a flow channel with at least a first and a second sound transducer, which are arranged obliquely or parallel to the direction of flow of the liquid medium with respect to one another and each send and receive sound signals, and with an evaluation circuit, which, depending on the emitted and received sound signals, determines the transit times in and against the flow direction, and with a device for determining the acoustic impedance of the flowing medium, the evaluation circuit comprising the flow rate and the sound velocity of the flowing medium, determined by means of the transit times, and from Known flow cross-section and the acoustic impedance determines the mass flow, characterized in that the device for determining the acoustic impedance's comprises one of the transducers, to which a first, with the liquid medium in Connected leading section ( 2 ) and a second, with a reference medium ( 5 ) be known acoustic properties related connecting connecting section ( 3 ) to one side, whereby a sound signal is radiated into both leading sections ( 2 , 3 ), and that on the interface between the first lead line ( 2 ) and liquid medium and at the interface between the second lead line ( 3 ) and the reference medium ( 5 ) reflected sound signals from the sound transducer ( 1 ) are received as a measurement signal and reference signal and used to determine the acoustic impedance . 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Vorlaufstrecken (2, 3) unter­ schiedlich lang sind.6. The device according to claim 5, characterized in that the lead sections ( 2 , 3 ) are under different lengths. 7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Referenzmedium (5) in seinen akustischen Eigenschaften an die des flüssigen Mediums angepaßt ist.7. The device according to claim 5 or 6, characterized in that the reference medium ( 5 ) is adapted in its acoustic properties to that of the liquid medium. 8. Vorrichtung nach Anspruch 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinrichtung ab­ hängig von den vom ersten und zweiten Schall­ wandler (1, 12) empfangenen Empfangssignalen die Absorption des flüssigen Mediums bestimmt und daß eine Korrekturvorrichtung zur Korrektur des Fehlers im Massenstrom durch auftretende Gasan­ teile in geringer Konzentration und eine Warn­ vorrichtung vorgesehen sind, wobei die Warnvor­ richtung ein Warnsignal bei Überschreiten eines vorgegebenen Absorptionswertes abgibt.8. Apparatus according to claim 5, 6 or 7, characterized in that the evaluation device determines the absorption of the liquid medium from dependent on the received signals from the first and second sound transducers ( 1 , 12 ) and that a correction device for correcting the error in the mass flow due to occurring Gasan parts in a low concentration and a warning device are provided, the warning device emits a warning signal when a predetermined absorption value is exceeded.
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